塑料产品结构设计通用规范.doc
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塑料产品设计规范
一、塑料及塑料模的基本概念
1.1塑料的分类及性能
塑料的品种很多，可以按其组成、性质和用途等对它们进行分类。
1.1.1依据其热性能分类
按照热性能塑料可以分为热塑性塑料和热固性塑料两类。
塑料受热熔融，冷却后凝固，再次加热又可软化熔融，重新制成产品，这一过程可以反复进行多次，而材料的化学结构基本上不起变化，称之为热塑性塑料。
常用的热塑性塑料有：
聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。
在一定温度下能变成粘稠状态，但是经过一定时间加热塑制成形后，不会因再度加热而软化熔融。
这是因为在成形过程中聚合物分子之间发生了化学反应，形成了交联网状结构，使之成为不熔的固态，所以只能塑制一次，称为热固性塑料。
常用的热固性塑料有：
酚醛树脂、环氧树脂、有机硅塑料等。
1.1.2依据其用途分类
按用途不同塑料可以分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。
一般把价格低、产量大、用途广而受力不大的，常用于制造日用品的塑料称为通用塑料。
例如：
聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛、聚苯乙烯等等。
把机械强度高、刚性大的，常用于取代钢铁或有色金属材料制造机械零件或工程结构受力件的塑料称为工程塑料。
例如：
聚砜、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚酮等等。
另外，将一些具有特殊功能的塑料，称为特种塑料。
例如：
导电的聚乙炔、耐高温的聚芳砜等。
随着聚合物合成技术的发展，塑料可以通过采取各种措施来改进性能和增加强度，从而制成新颖的塑料品种。
1.2塑料成形方法及塑料的种类
1.2.1塑料的成形方法
1.注射成形：
注射成形技术是据压铸原理发展起来的,是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一。
注射成形是间歇操作，成形周期短，生产效率高，产品种类繁多，生产灵活。
其制品已占塑料制品总产量的30%以上。
注射成形的工艺原理是将颗粒状塑料原料置于塑料注射成形机内并加热熔化，通过压力作用注射到模具内定型，经过一段时间冷却后取出制品。
2.吹塑成形：
吹塑成形是目前塑料成形生产的主要方法，它包括挤出吹塑，如吹塑薄膜；中空吹塑，如吹塑中空的塑料容器等。
3.热成形：
塑料的热成形是将热塑性塑料的片状材料加热至软化，使其处于热弹性状态，然后通过压力在模具中成为制品。
塑料的热成形工艺主要有：
差压成形、覆盖成形、柱塞助压成形等。
另外，塑料成形方法还有挤塑成形、压缩成形和压注成形等。
1.2.2塑料的种类
常用的塑料有以下一些种类：
1.聚乙烯（PE）是目前国内外产量最大的塑料，优点是质轻、价廉和电绝缘性能好。
2.聚丙烯（PP）除了具有聚乙烯同样的质轻、价廉和电绝缘性能好的优点之外，其机械性能和耐热性比聚乙烯要好得多。
缺点是耐寒和耐氧化性较差。
3.聚氯乙烯（PVC）机械性能良好，耐化学腐蚀和耐候性较好，缺点是耐热性不好。
适用于多种成形工艺，产量大而价廉，是重要的塑料品种。
4.聚苯乙烯（PS）主要优点是质轻、透明、易染色，成形工艺性好，应用广泛。
缺点是韧性较差、不耐寒、不耐热。
5.聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗称有机玻璃具有良好的综合性能，尤其是光学性能非常好。
缺点是硬度小、耐磨性及耐热性差、吸湿性大、易脆裂。
6.聚碳酸酯（PC）透光率与有机玻璃相近，而机械性能要好得多，尤其是韧性较突出，抗蠕变性能也较好。
缺点是制品易开裂。
7.聚酰胺（PA）就是尼龙或锦纶，大多为乳白色热塑性塑料。
其机械性能优越，在弹性模量、强度等方面较突出。
抗震性较好，震动时发出的噪声低。
8.氯化聚醚（CPT）又称盼通塑料。
常用于注射和挤出成形，是优良的耐腐蚀性材料。
9.聚苯醚（PPO）抗拉强度高、韧性好。
主要通过注射和挤出成形，应用于机械、化工、医药、电器、电子及国防工业等尖端技术上面。
10.聚甲醛（POM）机械性能较好，在机电、汽车、仪表、精密仪器等方面常用来代替有色金属和合金。
11.聚砜（PSF）有很高的机械性能和抗蠕变性能、其电性能、耐寒性和耐热性均较好。
12.聚四氟乙烯（PTFE）硬度、刚性等比其它塑料差，但耐热性和耐寒性均较好。
化学稳定性好，很难被腐蚀，故又称塑料王。
13.聚氨酯（PU）主要制品是软、硬泡沫塑料。
14.丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）具有良好的综合性能，特别是韧性、耐热耐寒性均较好。
主要用于注射和挤出的制品。
15.酚醛树脂（PF）是典型的热固性塑料，俗称电木。
是第一种人工合成的树脂，其机械性能、尺寸稳定性较好。
此外，常用塑料还有脲醛树脂、环氧树脂、涤纶和不饱和聚酯等。
1.3塑料的特性
塑料具有质轻、电绝缘性能好、耐蚀性好、易加工成形等特性。
塑料的品种很多，不同品种的塑料具有不同的特性。
当然，不是每一种塑料都同时具备上述所有的特性。
现将塑料的主要特性分述如下：
1.质地较轻：
塑料一般都比较轻，它的密度一般在（0.9～2.3）×103kg/m3，约为铝的1/2，钢的1/3。
塑料的密度与其中填料的种类和数量有关。
而泡沫塑科由于其内部具有无数微小的气孔，所以其相对密度很低。
塑料是有机材料，其吸水性较无机材料差，但优于木材。
2.机械性能优良：
塑料品种不同，其机械性能差别很大，例如：
有些品种是刚性材料，如聚苯乙烯、酚醛塑料等，有些品种则是柔性材料，如高压聚乙烯、软聚氯乙烯等。
同一品种的塑料因分子结构的不同或是否加有增塑剂，可能形成刚性材料，也可能形成柔性材料。
具有气孔的泡沫塑料强度远低于模具塑料的强度，因此其强度也与密度高低有关。
塑料的强度高于其它非金属材料而低于金属材料，但是增强塑料的机械性能则可以与金属相比较。
塑料的弹性模量和硬度低于金属。
与玻璃、陶瓷等硅酸盐材料比较，塑料的硬度差，但它是韧性材料，而玻璃、陶瓷的脆性却很大。
有些工程塑料具备优越的机械强度和耐磨性能，它们完全可以代替金属制造机械零件。
3.耐腐蚀性好：
塑料的耐化学腐蚀性优于金属和木材。
一般塑料对酸、碱等普通化学药品均有抗腐蚀能力。
高聚物的化学结构、所含功能团的性质、填料的种类以及是否有增塑剂等因素对于塑料耐化学腐蚀性能具有重要影响。
用无机物为填料时，可增加塑料的耐化学腐蚀性，如用石棉作填料制成石棉酚醛塑料可做盛装浓盐酸和硝酸的化工设备。
4.优良的电绝缘性能：
一般的塑料是不良导体，因此其重要用途之一是用作绝缘材料，因为塑料具有优良的电绝缘性能。
塑料可以制成电线包被层和薄膜，由于塑料的介质常数较低，介质损耗较小，因此电能的损耗也小，适合用作高频或超高频绝缘材料，广泛用于电力工业、发电机、电动机、变压器和各种电气开关等设备。
对近代高频技术，如雷达和电视技术的发展也起了重大作用。
5.良好的消声和隔热作用：
塑料具有良好的消声和隔热作用。
在机器上使用塑料齿轮和轴承，可以减少噪音，提高运转速度。
泡沫塑料可用作隔音、隔热或保温材料，有些强度高的塑料如酚醛、有机树脂等制成的硬质泡沫塑料，可用于超音速飞机及火箭中的雷达罩和隔热夹心结构等。
6.优良的耐磨性能和良好的自润滑性能：
塑料的摩擦系数很小，用它制造的摩擦零件能在无润滑剂的情况下有效地工作，耐磨性很好。
7.某些塑料还具有一些特殊性能：
有机玻璃的透光性超过了普通无机玻璃，而且质轻、耐冲击、不易碎；离子变换树脂可以使矿物水净化、海水淡化、提取有色金属、稀有金属和放射性元素等；另外，感光树脂还可代替一般卤化银做感光材料；有些塑料加入导电性填料可做成导电塑料。
塑料的优点是许多材料所不能比拟的，但它也有一些缺点，主要是耐热性差，温度升高后，强度很快下降；导热性也比较差，受热时膨胀系数较大，容易变形；热塑性塑料在载荷作用下会发生蠕变；在日光、大气、高温等的作用下会发生老化等。
1.4不同的产品系列推荐的材料种类
序号
零件分类
推荐材料
标记示例
注意问题
1
扳手类
阻燃级ABS
阻燃级ABS
加色一定要抽粒，真空镀，电镀性能不好
2
小面板类
阻燃级ABS
HF-606
加色一定要抽粒，真空镀，电镀性能不好
3
导轨类
PA66+玻纤
PA66-RG25
零件看起来表面粗糙，颜色难以调配，此种材料脆，韧性不好，结构件上的扣位等小结构易断，在结构设计上要加圆角，增强强度
4
灯镜，导光柱类
PMMA，PC
PMMA560F
透明PC韧性好，不易脆裂，价格高，透光性差些。
PMMA易脆，透光性较好，价格低些。
PC和PMMA的流动性不好，设计要充分考虑
5
镜片，透明窗
透明PC
陶氏302-05
6
防尘网
丝织防尘网
PPK15X13H/B
使用环境温度太高要考虑改换材料。
阻燃级ABS
阻燃级ABS
7
双色注塑标牌
抗电镀，耐候材料
PC
双料注塑工艺较复杂。
电镀材料
ABSPA-757
二、塑料制件的设计
在设计制件时必须考虑以下几个方面的因素：
⒈塑料的物理机械性能，比如强度、刚性、韧性、弹性、吸水性、对应力的敏感性。
⒉塑料的成型工艺性，比如流动性。
⒊塑料形状应当有利于充模流动、排气、补缩，同时能适应热塑性塑料制品的高效冷却硬化或者热固性塑料制品的快速受热固化。
⒋塑料制件在成型后的收缩情况和各向收缩率差异。
⒌模具的总体结构，特别是抽芯和脱出制件的复杂程度。
⒍模具零件的形状及其制造工艺。
上面前四条主要是针对塑料的性能特点，后两条主要是考虑模具的结构特点。
塑料制件设计的主要内容包括制件的形状、尺寸、精度、表面光洁度、壁厚、斜度，以及制件上加强筋、支撑面、孔、圆角、螺纹、嵌件等的设计。
另外，制件的美术造型设计也不可忽视。
1．注塑件设计的一般原则
a.充分考虑塑料件的成型工艺性，如流动性:
b.塑料件的形状在保证使用要求的前提下,应有利于充模,排气,补缩,同时能适应高效冷却硬化；
c.塑料设计应考虑成型模具的总体结构,特别是抽芯与脱出制品的复杂程度,同时应充分考虑到模具零件的形状及制造工艺,以便使制品具有较好的经济性；
d.塑料件设计主要是零件的形状、尺寸、壁厚、孔、圆角、加强筋、螺纹、嵌件、表面粗糙度的设计。
2、塑胶件设计一般步骤
塑料件是在工业造型的基础上进行的结构设计，首先看有无相似的产品借鉴，再对产品及零件进行详尽的功能分解，确定零件的折分、壁厚、脱模斜度、零件间的过渡处理、连接处理、零件的强度处理等主要工艺问题。
⑴、相似借鉴
在设计前，首先应查找公司和同行类似的产品，原有的产品发生过那些问题，有那些不足，参考现有的成熟结构，避免有问题的结构形式。
⑵、确定零件折分、零件间的过渡、连接、间隙处理
从造型图和效果图理解造型风格，配合产品的功能分解，确定零件折分的数目（不同的表面状态要么分为不同的零件，要么在不同的表面之间须有过度处理），确定零件表面间的过度处理，决定零件之间的连接方式，零件之间的配合间隙。
⑶、零件强度与连接强度的确定
根据产品大小，确定零件主体壁厚。
零件本身的强度，由壁厚塑料件、结构形式（平板形状的的塑料件强度最差）、加强筋与加强骨共同决定。
在决定零件的单个强度的同时，须确定零件之间的连接强度，改变连接强度的方法有：
加螺钉柱，加止口，加扣位，加上下顶住的加强骨。
⑷、脱模斜度的确定
脱模斜度要根据材料（PP，PE硅胶，橡胶能强行脱模）、表面状态（饰纹的斜度要比光面的大，蚀纹面的斜度尽可能比样板要求的大0.5度，保证蚀纹表面不被损伤，提高产品的良品率）、透明与否决定零件应有的脱模斜度（透明的斜度要大）等因素综合确定。
㈠、塑料制件的形状设计
塑料制件的内外表面形状应设计得易于模塑成型，即在开模取出制件时，尽可能不采用复杂的瓣合分型与侧抽芯；因此制件的设计要尽量避免有旁侧凹陷部分。
侧抽芯或者瓣合（可折式）阳模与阴模不仅提高模具制造的成本，降低生产效率，且还会在分型面上留下毛边，增加后加工的困难。
通常只需适当改变塑料制件的结构即可改变这种情况，使模具结构大大简化。
1、塑胶件的表面处理
序号
种类
工艺实质
表面效果
注意事项
1
塑胶原生光面
模具
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